Insulators at fractional fillings in twisted bilayer graphene partially aligned to hexagonal boron nitride

Анотація

При частковому заповненні плоских електронних зон у скрученому під магічним кутом двошаровому графені (MATBG) спостерігається багате розмаїття корельованих конкуруючих фаз, які змінюються від зразка до зразка. Відмінність фазових діаграм у MATBG часто пов’язують з енергетичною шкалою підграткової поляризації, яку налаштовують ступенем вирівнювання підкладок із гексагонального нітриду бору (hBN), що зазвичай використовують у ван-дер-ваальсових пристроях. Невирівняний MATBG демонструє нетрадиційну надпровідність і корельовані ізольовані фази, тоді як майже ідеально вирівняний MATBG/hBN демонструє ізолювальні фази Черна нульового поля і не має надпровідності. Ми використовуємо скануючу тунельну мікроскопію та спектроскопію (STM/STS), щоб спостерігати проміжні фази при частковому заповненні плоских зон MATBG у новому проміжному режимі підграткової поляризації, який спостерігається, коли MATBG лише частково вирівняний (θ_Gr-hBN ≈ 1,65°) відносно до підкладки hBN. За цієї умови в MATBG спостерігаються не тільки явища, які природним чином інтерполюються між двома межами потенціалу підгратки, а й несподівані щілинні фази, які відсутні в будь-якій із цих меж. За зарядової нейтральності ми спостерігаємо ізольовану фазу з малою енергетичною щілиною (Δ < 5 меВ), ймовірно, пов’язану зі слабким порушенням симетрії підгратки через підкладку hBN. Крім того, ми спостерігаємо нові фази зі щілиною поблизу фракційного заповнення ν = ± 1/3 та ν = ± 1/6, які раніше не спостерігалися в MATBG. Важливо зазначити, що енергетично роздільна STS однозначно визначає, що ці стани дрібного заповнення мають одночастинкове походження, та є, можливо, результатом супернадгратки, утвореної двома муаровими надгратками. Наші спостереження підкреслюють здатність STS відрізняти одночастинкові щілинні фази від багаточастинкових щілинних фаз у ситуаціях, які можна легко сплутати під час вимірювань електричного транспорту, та демонструють використання інженерії підкладки для модифікації електронної структури муарового плоскозонного матеріалу.